DE102018102954A1 - Aktuatorik zum fluidischen Betätigen zweier Schaltelemente eines Getriebes - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aktuatorik zum fluidischen Betätigen zweier Schaltelemente (1, 2) eines Getriebes zwecks Schalten von zwei Gängen des Getriebes, wobei die Schaltelemente (1, 2) jeweils über ein Druckregelventil (13, 14) gesteuert werden, wobei ein Fluiddruck der Aktuatorik durch eine Fluidpumpe (3) und einen Druckspeicher (4) bereitgestellt wird, wobei dem Druckspeicher (4) ein (erstes) Druckhalteventil (5) vorgeschaltet ist, das durchgängig schaltbar oder mindestens in Strömungsrichtung des Fluids zur Fluidpumpe (3) vollständig geschlossen schaltbar ist.
Bei dieser Aktuatorik ist vorgesehen, dass mindestens einem Schaltelement (1) ein zweites Druckhalteventil (15) vorgeschaltet ist, das zwischen diesem Schaltelement (1) und dem Druckregelventil (13) dieses Schaltelements (1) angeordnet ist, wobei das zweite Druckhalteventil (15) durchgängig schaltbar oder mindestens in Strömungsrichtung des Fluids zur Fluidpumpe (3) vollständig geschlossen schaltbar ist, wobei dieses Schaltelement (1) bei in Strömungsrichtung des Fluids zur Fluidpumpe (3) geschlossenem zweiten Druckhalteventil (15) in geschlossener Stellung gehalten ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Aktuatorik zum fluidischen Betätigen zweier Schaltelemente eines Getriebes zwecks Schalten von zwei Gängen des Getriebes, wobei die Schaltelemente jeweils über ein Druckregelventil gesteuert werden, wobei ein Fluiddruck der Aktuatorik durch eine Fluidpumpe und einen Druckspeicher bereitgestellt wird, wobei dem Druckspeicher ein (erstes) Druckhalteventil vorgeschaltet ist, das durchgängig schaltbar oder mindestens in einer Strömungsrichtung des Fluids zur Fluidpumpe vollständig geschlossen schaltbar ist.
  • Ein Getriebe, das zwei Gänge aufweist, findet beispielsweise bei einem Antrieb eines ausschließlich elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeuges, insbesondere Personenkraftwagens Verwendung. Dieses Getriebe ist als Planetengetriebe ausgebildet. Hierbei ist das eine Schaltelement als Kupplung und das andere Schaltelement als Bremse ausgebildet. Bei geschlossener Kupplung und geöffneter Bremse in dem einen Gang des Planetengetriebes läuft dieses als Block um. Bei geöffneter Kupplung und geschlossener Bremse, in dem anderen Gang, ist ein Sonnenrad oder ein Hohlrad oder ein Planetenträger des Planetengetriebes gehäusefest über die Bremse gehalten.
  • Ein solches Kraftfahrzeug mit elektrischem Antrieb ist beispielsweise in der WO 2016/150411 A1 beschrieben.
  • Bei einer Aktuatorik, die einen Druckspeicher aufweist, ist der Nachteil zu verzeichnen, dass nach einem längeren Nichtbenutzen der Aktuatorik, somit einem längeren Stehen des Kraftfahrzeuges, sich der Druckspeicher entleert, da dieser an keinem dichten System angeschlossen ist (Grundleckage Ventile, Dichtungsleckage). Demzufolge erfolgt das anschließende Erstbetätigen mindestens eines Schaltelements lediglich durch die Fluidpumpe, wodurch die Erstbetätigung des Schaltelements bis zum Kraftschluss länger dauert. Beim Fahren im zweiten Gang, der insbesondere den Hauptfahrgang darstellt, ist die Kupplung geschlossen und es regelt das dieser Kupplung zugeordnete Druckregelventil den Kupplungsdruck. Die Bremse ist hierbei offen, somit deren Druckregelventil nicht bestromt. Der Druckspeicher versorgt alle Ventile der Aktuatorik mit Druckfluid, insbesondere Drucköl. Hierbei entleert sich der Druckspeicher zusätzlich aufgrund von Regelleckagen an Ventilen, Kompressionsströme beim Betätigen der Schaltelemente usw.. Die Fluidpumpe, insbesondere die elektrisch betriebene Fluidpumpe, läuft regelmäßig, um den Druckspeicher zwecks Kompensation der Leckage- und Kompressionsströme nachzufüllen. Eine solche Aktuatorik weist somit Nachteile bezüglich der Energiebilanz und überdies eine unzureichende Druckhaltefunktion auf.
  • Eine Aktuatorik der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2015 202 581 A1 bekannt. Diese weist wegen des dem Druckspeicher zugeordneten Druckhalteventils eine günstigere Druckhaltefunktion auf.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Aktuatorik der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass diese eine günstige Energiebilanz sowie eine optimale Druckhaltefunktion aufweist.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch eine Aktuatorik, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
  • Bei der Aktuatorik ist mindestens einem Schaltelement ein zweites Druckhalteventil vorgeschaltet, das zwischen diesem Schaltelement und dem Druckregelventildieses Schaltelements angeordnet ist, wobei das zweite Druckhalteventil durchgängig schaltbar oder mindestens in Strömungsrichtung des Fluids zur Fluidpumpe vollständig geschlossen schaltbar ist, wobei dieses Schaltelement bei in Strömungsrichtung des Fluids zur Fluidpumpe geschlossenem zweiten Druckhalteventil in geschlossener Stellung gehalten ist.
  • Bei den Schaltelementen kann es sich beispielsweise um Kupplungen handeln.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Aktuatorik ist vorgesehen, dass eines der beiden Schaltelemente als Kupplung ausgebildet ist. Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass das andere der beiden Schaltelemente als Bremse ausgebildet ist.
  • Die Aktuatorik findet insbesondere Verwendung bei einem Getriebe, das als Planetengetriebe ausgebildet ist, wobei bei geschlossener Kupplung und geöffneter Bremse das Planetengetriebe in dem einen Gang im Block umläuft sowie bei geöffneter Kupplung und geschlossener Bremse in dem anderen Gang ein Sonnenrad oder ein Hohlrad oder ein Planetenträger des Planetengetriebes gehäusefest mittels der Bremse gehalten ist.
  • Die Ausbildung der Aktuatorik mit den beiden Schaltelementen bzw. mit Kupplung und Bremse ermöglicht einen vorteilhaften Anfahrvorgang im ersten Gang oder zweitem Gang, da der Kraftschlussaufbau nach längerer Abstellzeit direkt über den Druckspeicher erfolgt. Der Druckspeicher wird zum Beispiel während eines vorherigen Ladevorgangs einer Batterie des Kraftfahrzeugs geladen und mittels des ersten Druckhalteventils befüllt gehalten. Hiermit einher geht eine verbesserte Akustik, da der erste Kraftschlussaufbau ohne Betrieb der Fluidpumpe, insbesondere elektrischen Pumpe, hergestellt werden kann. Zudem ist die Performance verbessert, da der Kraftschluss mittels des Druckspeichers schneller als mit der Fluidpumpe aufgebaut werden kann. Dies deshalb, weil der Druckspeicher einen höheren Volumenstrom zur Verfügung stellen kann.
  • Beim Fahren im zweiten Gang hingegen, somit dem Fahrgang, der üblicher Weise den Hauptfahrgang darstellt, wird das Schaltelement bzw. die Kupplung mittels des zweiten Druckhalteventils dauerhaft zugehalten. Somit kann das Druckregelventildieses Schaltelements bzw. dieser Kupplung stromlos geschaltet werden. Das andere Schaltelement bzw. die Bremse ist offen, wobei vorteilhaft das Druckregelventildieses Schaltelements bzw. der Bremse nicht bestromt ist. Das erste Druckhalteventil koppelt den Druckspeicher von den Leckagestellen (Ventile, Dichtungen, usw.) ab, wodurch kein Leerlaufen des Druckspeichers zu verzeichnen ist. Somit ergibt sich der besondere Vorteil, dass die Reichweite des Fahrzeugs verbessert ist, weil keine elektrische Leistung für Ventile und Fluidpumpe bzw. elektrische Pumpe zum Fahren im zweiten Gang benötigt wird. Eine Niederdruckbefüllung des Schaltelements bzw. der Kupplung über die Förderpumpe ist ohne Verwendung des Druckspeichers möglich. Hierdurch ergibt sich eine weitere Energieeinsparung bei Schaltungen.
  • Vorzugsweise sind das erste Druckhalteventil und/oder das zweite Druckhalteventil als „normally closed“-Ventile ausgebildet. Insbesondere ist das jeweilige Druckhalteventil direkt gesteuert. Es handelt sich vorzugsweise bei dem ersten Druckhalteventil und/oder dem zweiten Druckhalteventil um ein 2/2-Sitzventil.
  • Das jeweilige Druckregelventil ist insbesondere in bestromtem Zustand für einen Fluiddurchgang von der Fluidpumpe in Richtung des dem Druckregelventilzugeordneten Schaltelements offen und in unbestromtem Zustand für einen Fluiddurchgang von dem dem Druckregelventil zugeordneten Schaltelement zu einem Fluidreservoir offen.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Druckhalteventil und/oder das zweite Druckhalteventil bei einer Bestromung eine Durchströmung in beiden Durchflussrichtungen des jeweiligen Druckhalteventils ermöglicht und bei Nichtbestromung eine Durchströmung nur in einer Richtung, in Befüllrichtung zum Druckspeicher und/oder in Befüllrichtung zum Schaltelement, ermöglicht.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegeben, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne hierauf beschränkt zu sein.
  • Es zeigt:
    • 1 eine Hydraulikschaltung der Aktuatorik zum fluidischen Betätigen zweier Schaltelemente eines Getriebes.
  • 1 bezieht sich auf die Aktuatorik zum fluidischen Betätigen zweier Schaltelemente 1, 2 eines Getriebes zwecks Schalten von zwei Gängen des Getriebes. Bei dem Getriebe handelt es sich beispielsweise um ein Hinterachsgetriebe eines ausschließlich elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere Personenkraftwagens.
  • Bei dem einen Schaltelement 1 handelt es sich um eine Kupplung für den zweiten Gang des Getriebes und bei dem anderen Schaltelement 2 um eine Bremse für den ersten Gang des Getriebes. Das Anfahren des Fahrzeugs erfolgt im ersten oder zweiten Gang. Bei dem zweiten Gang handelt es sich um den Hauptfahrgang des Fahrzeugs.
  • Ein Fluiddruck bzw. Druck von Hydraulikflüssigkeit bzw. Hydrauliköl der Aktuatorik wird durch eine Fluidpumpe 3 und einen Druckspeicher 4 bereitgestellt. Dem Druckspeicher 4 ist ein Druckhalteventil 5 vorgeschaltet. Dieses Druckhalteventil 5 ist als direkt gesteuertes „normally closed“ 2/2-Sitzventil ausgebildet. Bei Bestromung des Druckhalteventils 5 erfolgt eine Durchströmung in beiden Richtungen. Bei Nichtbestromung des Druckhalteventils 5 ist die Durchströmung nur in einer Richtung möglich, in der Befüllrichtung zum Druckspeicher 4 hin.
  • Angetrieben wird die Fluidpumpe 3 mittels eines Elektromotors 6. Eine von der Fluidpumpe 3 abgehende Versorgungsleitung 7 weist unmittelbar hinter der Fluidpumpe 3 ein Rückschlagventil 10 und hinter diesem ein Druckbegrenzungsventil 8 sowie in Durchströmrichtung des Rückschlagventils 10 hinter diesem eine von der Versorgungsleitung 7 abgehende Zweigleitung 9 auf.
  • Auf der der Fluidpumpe 3 abgewandten Seite des Rückschlagventils 10 gehen von der Versorgungsleitung 7 zwei weitere Zweigleitungen 11 und 12 ab. Die Zweigleitung 11 führt zur Kupplung 1, die Zweigleitung 12 zur Bremse 2. Die Kupplung 1 ist durch ein der Zweigleitung 11 zugeordnetes Druckregelventil13 steuerbar, die Bremse 2 durch ein der Zweigleitung 12 zugeordnetes Druckregelventil14 steuerbar. Das jeweilige Druckregelventil13 bzw. 14 ist als 3/2-Ventil ausgebildet und erlaubt in der einen Stellung einen Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit zur Kupplung 1 bzw. zur Bremse 2 hin, hingegen in der anderen Stellung einen Rückfluss von der Kupplung 1 bzw. der Bremse 2 zum Tank 16. Bei Förderung von Fluid durch das Druckregelventil 13 zur Kupplung 1 hin erfolgt ein Rückfördern von Fluid von der Bremse 2 zum Tank 16, beim Fördern von Fluid zur Bremse 2 ein Rückfördern des Fluids von der Kupplung 1. Hierzu werden die beiden Druckregelventile 13 und 14 entsprechend elektrisch angesteuert.
  • Zwischen dem Druckregelventil13 und der Kupplung 1 ist ein weiteres Druckhalteventil 15 angeordnet, das entsprechend dem Druckhalteventil 5 ausgebildet ist und auch als direkt gesteuertes „normally closed“ 2/2-Sitzventil ausgebildet ist. Bei Bestromung erfolgt eine Durchströmung des Druckhalteventils 15 in beiden Richtungen. Bei Nichtbestromung erfolgt nur eine Durchströmung in einer Richtung, in Befüllrichtung der Kupplung 1.
  • Bei der beschriebenen Aktuatorik erfolgt der Anfahrvorgang im ersten oder zweiten Gang. Der Kraftschlussaufbau nach längerer Abstellzeit erfolgt direkt über den Druckspeicher 4. Dieser wird beispielsweise während des vorherigen Ladens der Batterie des Kraftfahrzeugs geladen und mittels des Druckhalteventils 5 befüllt gehalten. Hierdurch ergibt sich eine optimale Akustik, da der erste Kraftschlussaufbau ohne Betrieb der Fluidpumpe 3 hergestellt werden kann. Zudem ist eine verbesserte Performance darstellbar, da der Kraftschluss mittels des Druckspeichers 4 schneller als mittels der Fluidpumpe 3 aufgebaut werden kann. Der Druckspeicher stellt einen höheren Volumenstrom zur Verfügung.
  • Beim Fahren im zweiten Gang, dem Hauptfahrgang, wird die Kupplung 1 mittels des Druckhalteventils 15 dauerhaft zugehalten. Demzufolge kann das Druckregelventil13 stromlos geschaltet werden. Die Bremse 2 hingegen ist offen, somit das Druckregelventil14 nicht bestromt. Das Druckhalteventil 5 koppelt den Druckspeicher 4 von den Leckagestellen ab (Ventile, Dichtungen, usw.), womit der Druckspeicher 4 nicht leerlaufen kann. - Die Vorteile liegen in einer verbesserten Reichweite des Fahrzeugs, da keine elektrische Leistung für Ventile und die Fluidpumpe zum Fahren im zweiten Gang benötigt wird. Eine Niederdruck-Kupplungsbefüllung über die Fluidpumpe ist ohne Verwendung des Druckspeichers möglich, dadurch ergibt sich eine weitere Energieeinsparung bei Schaltungen.
  • Die Aktuatorik findet insbesondere bei einem Planetengetriebe Verwendung. Bei geschlossener Kupplung 1 und geöffneter Bremse 2 läuft das Planetengetriebe im zweiten Gang im Block um. Bei geöffneter Kupplung 1 und geschlossener Bremse 2, im ersten Gang, wird entweder ein Sonnenrad oder ein Hohlrad oder ein Planetenträger des Planetengetriebes gehäusefest gehalten. In diesem Gang läuft das Planetengetriebe somit nicht im Block um.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schaltelement/Kupplung
    2
    Schaltelement/Bremse
    3
    Fluidpumpe
    4
    Druckspeicher
    5
    Druckhalteventil
    6
    Elektromotor
    7
    Versorgungsleitung
    8
    Druckbegrenzungsventil
    9
    Zweigleitung
    10
    Rückschlagventil
    11
    Zweigleitung
    12
    Zweigleitung
    13
    Druckregelventil
    14
    Druckregelventil
    15
    Druckhalteventil
    16
    Tank
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2016/150411 A1 [0003]
    • DE 102015202581 A1 [0005]

Claims (13)

  1. Aktuatorik zum fluidischen Betätigen zweier Schaltelemente (1, 2) eines Getriebes zwecks Schalten von zwei Gängen des Getriebes, wobei die Schaltelemente (1, 2) jeweils über ein Druckregelventil (13, 14) gesteuert werden, wobei ein Fluiddruck der Aktuatorik durch eine Fluidpumpe (3) und einen Druckspeicher (4) bereitgestellt wird, wobei dem Druckspeicher (4) ein (erstes) Druckhalteventil (5) vorgeschaltet ist, das durchgängig schaltbar oder mindestens in Strömungsrichtung des Fluids zur Fluidpumpe (3) vollständig geschlossen schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Schaltelement (1) ein zweites Druckhalteventil (15) vorgeschaltet ist, das zwischen diesem Schaltelement (1) und dem Druckregelventil (13) dieses Schaltelements (1) angeordnet ist, wobei das zweite Druckhalteventil (15) durchgängig schaltbar oder mindestens in Strömungsrichtung des Fluids zur Fluidpumpe (3) vollständig geschlossen schaltbar ist, wobei dieses Schaltelement (1) bei in Strömungsrichtung des Fluids zur Fluidpumpe (3) geschlossenem zweiten Druckhalteventil (15) in geschlossener Stellung gehalten ist.
  2. Aktuatorik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (1) der beiden Schaltelemente (1, 2) als Kupplung ausgebildet ist.
  3. Aktuatorik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplung (1) das zweite Druckhalteventil (15) vorgeschaltet ist.
  4. Aktuatorik nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Schaltelement (2) der beiden Schaltelemente (1, 2) als Bremse ausgebildet ist.
  5. Aktuatorik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist, wobei bei geschlossener Kupplung (1) und geöffneter Bremse (2) das Planetengetriebe in dem einen Gang im Block umläuft sowie bei geöffneter Kupplung (1) und geschlossener Bremse (2) in dem anderen Gang ein Sonnenrad oder ein Hohlrad oder ein Planetenträger des Planetengetriebes gehäusefest gehalten ist.
  6. Aktuatorik nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckhalteventil (5) und/oder das zweite Druckhalteventil (15) als normallyclosed-Ventile ausgebildet ist.
  7. Aktuatorik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckhalteventil (5) und/oder das zweite Druckhalteventil (15) als 2/2-Sitzventil ausgebildet ist.
  8. Aktuatorik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Druckregelventil (13, 14) in bestromtem Zustand für einen Fluiddurchgang von der Fluidpumpe (3) in Richtung des dem Druckregelventil (13, 14) zugeordneten Schaltelements (1, 2) offen ist und in unbestromtem Zustand für einen Fluiddurchgang von dem dem Druckregelventil (13, 14) zugeordneten Schaltelement (1, 2) zu einem Fluidreservoir offen ist.
  9. Aktuatorik nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckhalteventil (5) und/oder das zweite Druckhalteventil (15) direkt gesteuert ist.
  10. Aktuatorik nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckhalteventil (5) und/oder das zweite Druckhalteventil (15) bei einer Bestromung eine Durchströmung in beiden Durchflussrichtungen des jeweiligen Ventils (5, 15) ermöglicht und bei Nichtbestromung eine Durchströmung nur in einer Richtung, in Befüllrichtung zum Druckspeicher (4) und/oder in Befüllrichtung zum Schaltelement (1), ermöglicht.
  11. Aktuatorik nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Druckhalteventil (15) mit dem Schaltelement (1) für Fahren im zweiten Gang zusammenwirkt.
  12. Aktuatorik nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei mittels des zweiten Druckhalteventils (15) in geschlossener Stellung gehaltenem Schaltelement (1) das Druckregelventil (13) dieses Schaltelements (1) stromlos geschaltet ist.
  13. Aktuatorik nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei mittels des zweiten Druckhalteventils (15) in geschlossener Stellung gehaltenem Schaltelement (1) das Druckregelventil (14) des anderen Schaltelements (2) stromlos geschaltet ist.
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